TERMOREGLARE: FIZIOLOGIE, MECANISME, TIPURI ȘI MODIFICĂRI - BIOLOGIE - 2025

Termoreglare este procesul care permite organismelor reglează temperatura corpului, modularea pierderii de căldură și de câștig. În regnul animal există diferite mecanisme de reglare a temperaturii, atât fiziologice, cât și etologice.

Reglarea temperaturii corpului este o activitate de bază pentru orice ființă vie, deoarece parametrul este esențial pentru homeostazia corpului și influențează funcționalitatea enzimelor și a altor proteine, fluiditatea membranei, fluxul de ioni, printre altele. .

Mamiferele sunt homeotermice și endotermice. Sursa: Alan Wilson

În forma sa cea mai simplă, rețelele de termoreglare sunt activate cu ajutorul unui circuit care integrează intrările termoreceptorilor localizați în piele, viscere, creier, printre altele.

Principalele mecanisme pentru acești stimuli calzi sau reci includ vasoconstricția cutanată, vasodilatația, producerea de căldură (termogeneză) și transpirație. Alte mecanisme includ comportamente pentru promovarea sau reducerea pierderilor de căldură.

Noțiuni de bază: căldură și temperatură

Pentru a vorbi despre termoreglarea la animale, este necesar să cunoaștem definiția exactă a termenilor care sunt adesea confuzi în rândul studenților.

Înțelegerea diferenței dintre căldură și temperatură este esențială pentru a înțelege reglarea termică a animalelor. Vom folosi corpuri neînsuflețite pentru a ilustra diferența: să ne gândim la doi cuburi dintr-un metal, unul este de 10 ori mai mare decât celălalt.

Fiecare dintre acești cuburi se află într-o cameră la o temperatură de 25 ° C. Dacă măsurăm temperatura fiecărui bloc, ambele vor fi la 25 ° C, deși unul este mare, iar celălalt mic.

Acum, dacă măsurăm cantitatea de căldură din fiecare bloc, rezultatul dintre cele două va fi diferit. Pentru a îndeplini această sarcină trebuie să mutăm blocurile într-o cameră cu o temperatură de zero absolută și să cuantificăm cantitatea de căldură pe care o degajă. În acest caz, conținutul de căldură va fi de 10 ori mai mare în cel mai mare cub metalic.

Temperatura

Datorită exemplului anterior, putem concluziona că temperatura este aceeași pentru ambele și independent de cantitatea de materie din fiecare bloc. Temperatura se măsoară ca viteza sau intensitatea mișcării moleculelor.

În literatura biologică, când autorii menționează „temperatura corpului” se referă la temperatura regiunilor centrale și periferice ale corpului. Temperatura regiunilor de bază reflectă temperatura țesuturilor „adânci” ale corpului - creier, inimă și ficat.

Temperatura regiunilor periferice, din partea sa, este influențată de trecerea sângelui către piele și este măsurată pe pielea mâinilor și picioarelor.

Fierbinte

În schimb, și revenind la exemplul blocurilor, căldura este diferită în ambele corpuri inerte și direct proporțională cu cantitatea de materie. Este o formă de energie și depinde de numărul de atomi și molecule ale substanței în cauză.

Tipuri: relații termice între animale

În fiziologia animalelor, există o serie de termeni și categorii utilizate pentru a descrie relațiile termice dintre organisme. Fiecare dintre aceste grupuri de animale are adaptări speciale - fiziologice, anatomice sau anatomice - care îi ajută să mențină temperatura corpului într-un interval adecvat.

În viața de zi cu zi, numim animale endotermice și homeotermice drept „sânge cald” și poikilotermice și ectotermice drept „sânge rece”.

Endotermă și ectotermă

Primul termen este endotermia, folosită atunci când animalul reușește să se încălzească prin medierea producției metabolice de căldură. Conceptul opus este ectotermia, unde temperatura animalului este dictată de mediul înconjurător.

Unele animale sunt incapabile să fie endotermice, deoarece, deși produc căldură, nu o fac suficient de repede pentru a-l reține.

Poikilotermice și homeotermice

Un alt mod de a le clasifica este în funcție de termoreglarea animalului. Termenul poikiloterm este folosit pentru a se referi la animale cu temperaturi diferite ale corpului. În aceste cazuri, temperatura corpului este ridicată în mediile calde și scăzută în mediile reci.

Un animal poikilotermic își poate autoregla temperatura prin comportamente. Adică prin localizarea în zone cu radiații solare ridicate pentru a crește temperatura sau a se ascunde de radiația menționată pentru a o reduce.

Termenii poikilotherm și ectotherm se referă practic la același fenomen. Cu toate acestea, poikilotherm accentuează variabilitatea temperaturii corpului, în timp ce ectoterma se referă la importanța temperaturii mediului în determinarea temperaturii corpului.

Termenul opus pentru poikiloterm este homeotermic: termoreglarea prin mijloace fiziologice - și nu numai datorită afișării comportamentelor. Majoritatea animalelor endotermice sunt capabile să își regleze temperatura.

Exemple

peştilor

Peștii sunt exemplul perfect de animale ectotermice și poikilotermice. În cazul acestor vertebrate de înot, țesuturile lor nu produc căldură pe căi metabolice și, în plus, temperatura peștilor este determinată de temperatura corpului de apă unde înoată.

reptile

Reptilele prezintă comportamente foarte marcate care le permit să-și regleze (din punct de vedere etologic) temperatura. Aceste animale caută regiuni calde - cum ar fi cocoțarea pe o piatră fierbinte - pentru a crește temperatura. În caz contrar, acolo unde vor să o reducă, vor căuta să se ascundă de radiații.

Păsări și mamifere

Mamiferele și păsările sunt exemple de animale endotermice și homeoterme. Vă produc metabolic temperatura corpului și o reglează fiziologic. Unele insecte prezintă, de asemenea, acest model fiziologic.

Abilitatea de a-și regla temperatura le-a oferit acestor două linii animale un avantaj față de omologii lor poilicotermici, deoarece pot stabili echilibrul termic în celulele și organele lor. Acest lucru a dus la ca procesele de nutriție, metabolism și excreție să fie mai robuste și mai eficiente.

Ființele umane, de exemplu, își mențin temperatura la 37 ° C, într-un interval destul de restrâns - între 33,2 și 38,2 ° C. Menținerea acestui parametru este total critică pentru supraviețuirea speciei și mediază o serie de procese fiziologice în organism.

Alternarea spațială și temporală a endotermiei și a ectotermiei

Distincția dintre aceste patru categorii este adesea confuză atunci când examinăm cazuri de animale care sunt capabile să alterneze între categorii, spațial sau temporal.

Variația temporală în reglarea termică poate fi exemplificată cu mamiferele care se confruntă cu perioade de hibernare. Aceste animale sunt, în general, homeotermice în perioadele anului în care nu hibernează și în timpul hibernării nu sunt capabile să-și regleze temperatura corpului.

Variația spațială apare atunci când animalul reglează în mod diferit temperatura în regiunile corpului. Fagurele și alte insecte pot regla temperatura segmentelor toracice și nu sunt în măsură să regleze restul regiunilor. Această condiție de reglare diferențială se numește heterotermie.

Fiziologia termoreglării

Ca orice sistem, reglarea fiziologică a temperaturii corpului necesită prezența unui sistem aferent, a unui centru de control și a unui sistem eferent.

Primul sistem, aferentul, este responsabil de captarea informațiilor prin intermediul receptorilor pielii. Ulterior, informațiile sunt transmise către centrul termoregulator prin calea neurală prin sânge.

În condiții normale, organele organismului care generează căldură sunt inima și ficatul. Atunci când corpul lucrează fizic (exercițiu), mușchiul scheletului este, de asemenea, o structură generatoare de căldură.

Hipotalamusul este centrul termoregulator, iar sarcinile sunt împărțite în pierderi de căldură și câștig de căldură. Zona funcțională de mediere a menținerii căldurii este localizată în zona posterioară a hipotalamusului, în timp ce pierderea este mediată de regiunea anterioară. Acest organ funcționează ca un termostat.

Controlul sistemului are loc în două moduri: pozitiv și negativ, mediat de cortexul creierului. Răspunsurile efective sunt de tip comportamental sau sunt mediate de sistemul nervos autonom. Aceste două mecanisme vor fi studiate ulterior.

Mecanisme termoregulatoare

Mecanisme fiziologice

Mecanismele de reglare a temperaturii variază între tipul de stimulare primit, adică indiferent dacă este o creștere sau o scădere a temperaturii. Vom folosi astfel acest parametru pentru a stabili o clasificare a mecanismelor:

Reglare pentru temperaturi ridicate

Pentru a realiza reglarea temperaturii corpului în fața stimulilor de căldură, organismul trebuie să-și promoveze pierderea. Există mai multe mecanisme:

vasodilatația

La om, una dintre cele mai marcante caracteristici ale circulației pielii este gama largă de vase de sânge pe care le are. Circulația sângelui prin piele are proprietatea de a varia enorm în funcție de condițiile de mediu și de a modifica de la fluxul sanguin ridicat până la mic.

Capacitatea vasodilatației este crucială în termoreglarea indivizilor. Fluxul ridicat de sânge în perioadele cu temperaturi crescute permite organismului să crească transmiterea căldurii, de la miezul corpului la suprafața pielii, pentru a fi în cele din urmă disipat.

Când fluxul de sânge este crescut, volumul sanguin cutanat crește la rândul său. Astfel, o cantitate mai mare de sânge este transferată din miezul corpului către suprafața pielii, unde are loc transferul de căldură. Sângele acum mai rece este transferat în miez sau centru al corpului.

Sudoare

Împreună cu vasodilatația, producția de transpirație este crucială pentru termoreglare, deoarece ajută la disiparea excesului de căldură. De fapt, producerea și evaporarea ulterioară a transpirației sunt principalele mecanisme ale organismului pentru pierderea căldurii. De asemenea, lucrează în timpul activității fizice.

Transpirația este un fluid produs de glandele sudoripare numite eccrine, distribuite în întregul corp într-o densitate semnificativă. Evaporarea transpirației reușește să transfere căldura din organism în mediu sub formă de vapori de apă.

Reglare pentru temperaturi scăzute

Spre deosebire de mecanismele menționate în secțiunea anterioară, în situațiile de scădere a temperaturii, organismul trebuie să promoveze conservarea și producerea căldurii în felul următor:

vasoconstricție

Acest sistem urmează logica opusă descrisă în vasodilatație, așa că nu vom elabora prea multe explicații. Frigul stimulează contracția vaselor cutanate, evitând astfel disiparea căldurii.

piloerecție

V-ați întrebat vreodată de ce apar „umflături de gâscă” când suntem în fața temperaturilor scăzute? Este un mecanism de prevenire a pierderilor de căldură numit piloerecție. Cu toate acestea, întrucât oamenii au păr relativ relativ redus pe corpul nostru, este considerat un sistem ineficient și rudimentar.

Atunci când apare creșterea fiecărui fir de păr, stratul de aer care vine în contact cu pielea este crescut, ceea ce scade convecția aerului. Acest lucru reduce pierderile de căldură.

Producția de căldură

Cel mai intuitiv mod de a contracara temperaturile scăzute este prin producerea de căldură. Acest lucru poate apărea în două moduri: prin termogenizare tremurând și non-tremurător.

În primul caz, corpul produce contracții musculare rapide și involuntare (de aceea tremuri când îți este frig) care duc la producerea de căldură. Producția cutremurătoare este costisitoare - energetic vorbind - astfel corpul va cădea înapoi pe el dacă sistemele menționate mai sus nu reușesc.

Al doilea mecanism este condus de un țesut numit grăsime brună (sau țesut adipos brun, în literatura engleză este de obicei rezumat sub acronimul BAT pentru țesut adipos brun).

Acest sistem este responsabil de decuplarea producției de energie în metabolism: în loc să formeze ATP, duce la producerea de căldură. Este un mecanism deosebit de important la copii și mamifere mici, deși dovezi mai recente au arătat că este relevant și la adulți.

Mecanisme etologice

Mecanismele etologice constau în toate comportamentele pe care animalele le prezintă pentru a-și regla temperatura. După cum am menționat în exemplul reptilelor, organismele pot fi plasate în mediul potrivit pentru a promova sau preveni pierderea de căldură.

Diferite părți ale creierului sunt implicate în procesarea acestui răspuns. La om aceste comportamente sunt eficiente, deși nu sunt fin reglementate ca și cele fiziologice.

Tulburări de termoreglare

Corpul resimte modificări mici și delicate de temperatură pe parcursul zilei, în funcție de unele variabile, precum ritmul circadian, ciclul hormonal, printre alte aspecte fiziologice.

După cum am menționat, temperatura corpului orchestrează o gamă uriașă de procese fiziologice și pierderea reglării sale poate duce la condiții devastatoare în cadrul organismului afectat.

Ambele extreme termice - atât ridicate, cât și scăzute - afectează negativ organismele. Temperaturile foarte ridicate, peste 42 ° C la om, au un efect foarte puternic asupra proteinelor, promovând denaturarea acestora. De asemenea, sinteza ADN-ului este afectată. Organele și neuronii sunt, de asemenea, deteriorați.

În mod similar, temperaturile sub 27 ° C duc la hipotermie severă. Modificările activității neuromusculare, cardiovasculare și respiratorii au consecințe fatale.

Mai multe organe sunt afectate atunci când termoreglarea nu funcționează corect. Acestea includ inima, creierul, tractul gastro-intestinal, plămânii, rinichii și ficatul.

Referințe

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual de patologie generală. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Revizuire invitată: decuplarea proteinelor și termoreglarea. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mecanisme și modificatori de vasodilatație cutanată indusă de reflex și vasoconstricție la om. Revista de fiziologie aplicată (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Fiziologie animală comparativă: o abordare de mediu. Am inversat.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., și Anderson, M. (2004). Fiziologia animalelor. Asociații Sinauer.
6. Liedtke WB (2017). Deconstruirea termoregulării mamiferelor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Controlul central al temperaturii corpului. F1000Reserca, 5, F1000 Facultatea Rev-880.